Deletiemutatie - definitie en voorbeelden

Deletiemutatie-definitie

Een deletiemutatie is een fout in het DNA-replicatieproces dat nucleotiden uit het genoom verwijdert. Een deletiemutatie kan een enkele nucleotide of volledige sequenties van nucleotiden verwijderen. Aangenomen wordt dat deleties optreden wanneer het enzym dat nieuw DNA synthetiseert op de DNA-streng van de sjabloon glijdt, waardoor in feite een nucleotide ontbreekt. Dit enzym, polymerase, moet de template-DNA-nucleotiden op zijn actieve plaats hechten om DNA-replicatie te laten plaatsvinden. Grotere DNA-strengen kunnen een deletiemutatie ondergaan tijdens cross-over, die plaatsvindt in meiose. Als de uitgewisselde DNA-segmenten niet dezelfde grootte hebben, kunnen grote secties een verwijderingsmutatie ondergaan, zoals hieronder te zien is.

Een deletiemutatie kan een ernstige mutatie zijn, of een onschadelijke mutatie. Het effect van de deletiemutatie wordt bepaald door waar in het gen het plaatsvindt en hoeveel nucleotiden worden verwijderd. De genetische code wordt in drielingen gelezen door eiwitproducerende enzymen. Als er drie of meer nucleotiden in een gen verloren gaan, kunnen hele aminozuren ontbreken in het aangemaakte eiwit, wat een ernstig functioneel effect kan hebben. Het verliezen van een enkele nucleotide is vaak niet beter, omdat er een frameshift-mutatie kan optreden. Een frameshift-mutatie verschuift het hele gen en verandert alle originele tripletcodons. Een mutatie van dit type kan ervoor zorgen dat een gen een volledig niet-functioneel gen produceert, aangezien het de keten van aminozuren die het gen produceert ernstig verandert.

Een deletiemutatie kan vaker voorkomen dan we kunnen meten, maar mutaties die worden overgeërfd in nakomelingen zijn doorgaans zeldzaam. Bij ongeslachtelijk voortplantende dieren wordt het aantal mutaties relatief laag gehouden. Dit komt gedeeltelijk door de specificiteit en nauwkeurigheid van polymerase. Cellen hebben echter ook een ander enzym, exonuclease, dat polymerase volgt en stukjes DNA uitsnijdt die niet overeenkomen met hun nucleotide-tegenhanger op het template-DNA. Vanwege dit en andere regulerende mechanismen zijn deletiemutaties die fenotypische verandering veroorzaken zeldzaam.

Voorbeelden van deletiemutatie

Een eenvoudige mutatie

Het volgende is een voorbeeld van een enkele nucleotide-deletiemutatie. De korte DNA-sequenties zijn niet representatief voor het werkelijke DNA, dat vele honderden of duizenden basenparen bevat. De bovenste reeks vertegenwoordigt de oorspronkelijke DNA-streng, terwijl de onderste streng het nucleotidenpaar mist dat door de deletiemutatie is verwijderd. De tripletcodons zijn gescheiden om de effecten van de verwijderingsmutatie te zien.

5 TAC CCA GGG 3
3 ATG GGT CCC 5

5 TAC CCA GG 3
3 ATG GGT CC 5

Zoals je kunt zien, zou het laatste aminozuur niet worden geproduceerd als dit het einde van het DNA-molecuul was. In plaats daarvan zal een deletiemutatie meestal optreden in het midden van een chromosoom of gen. Hierdoor wordt het verwijderde nucleotide gevuld door het DNA te verschuiven en een frameshift-mutatie te veroorzaken, of door een nieuw nucleotide in te voegen in een mutatie die bekend staat als een insertie. Deze mutatie kan alleen worden doorgegeven als de mechanismen van het organisme voor het repareren van DNA de fout niet opvangen, en het DNA bestaat in een cel die nakomelingen zal produceren. Bij aseksuele organismen is dit elke cel en is de kans groter dat mutaties aanhouden. Bij seksueel voortplantende organismen kunnen mutaties alleen worden doorgegeven als ze ontstaan in de gameet-producerende weefsels van de geslachtsorganen.

De genetische code ontdekken

Vóór de jaren vijftig werd de aard van de genetische code niet goed begrepen. Dat veranderde allemaal toen Francis Crick en Sydney Brenner begonnen te experimenteren met een gemuteerde bacteriestam. Crick en Brenner analyseerden het DNA van virussen die werden blootgesteld aan een toxine waarvan bekend is dat het mutaties veroorzaakt. Tijdens hun proeven merkten ze op dat de functie van bepaalde genen hersteld zou kunnen worden door een combinatie van mutaties, waarvan we nu weten dat het om insertie- en deletiemutaties gaat. Terwijl het DNA tussen de twee mutaties onzin zou worden, zou de insertie de verwijdering compenseren. Dit zou het leeskader van het gen resetten en ervoor zorgen dat een frameshift-mutatie wordt vermeden. Deze interactie tussen mutaties werd intragene onderdrukking genoemd. Door te vergelijken hoe individuele mutaties de geproduceerde eiwitten en aminozuren beïnvloedden, waren Crick en Brenner in staat om formeel te theoretiseren over het bestaan van de genetische code van het triplet en het universele gebruik ervan in organismen.

Substitutie – wanneer de verkeerde nucleotide wordt gekopieerd tijdens DNA-replicatie.
Insertie – In plaats van nucleotiden te verwijderen, voegt een insertiemutatie nucleotiden toe aan een genoom.
Inversie – Een DNA-segment wordt 180 graden gedraaid binnen het gen.
Wederzijdse translocatie – Twee verschillende chromosomen (niet-homoloog) wisselen stukjes DNA uit.

Quiz

1. Een complex eiwit heeft duizenden aminozuren, maar er zijn er maar een paar op de actieve site. De actieve site vereist een specifieke reeks aminozuren om aan een substraat te binden. Als een deletiemutatie van 3 nucleotiden een van deze aminozuren verwijdert, zal het eiwit dan nog functioneren?
A. Geen
B. Ja, maar niet zo goed
C. Misschien hangt het van het eiwit af.

Antwoord op vraag 1

C is correct. Eiwitspecificiteit is het vermogen van een eiwit om aan een substraat te binden. Deze specificiteit is in miljarden jaren geëvolueerd om eiwitten te produceren die in hoge mate zijn aangepast aan de moleculen waarop ze werken. Een verandering van een enkel aminozuur zou de vorm van het eiwit volledig kunnen veranderen en ervoor zorgen dat het het substraat niet meer kan grijpen. Of de deletiemutatie kan leiden tot een specifieker eiwit dat beter werkt dan het origineel. Dit kan ervoor zorgen dat het eiwit beter werkt dan voorheen. Het hangt allemaal af van de omgeving en wat het organisme nodig heeft.

2. Tijdens het repliceren van een gen glijdt polymerase per ongeluk over de matrijsstreng en slaat een nucleotide over. Het resulterende geproduceerde DNA mist die nucleotide-tegenhanger en vormt een mismatch in het DNA. Exonuclease voelt de brok in het DNA en snijdt de streng open, waardoor polymerase de juiste nucleotide kan inbrengen en het DNA opnieuw kan afsluiten. Wat is er net gebeurd?
A. Een deletiemutatie en een insertiemutatie
B. Normale DNA-replicatie
C. Een verwijderingsmutatie

Antwoord op vraag 2

B is correct. Hoewel dit een deletiemutatie lijkt te zijn, werd het DNA gecorrigeerd voordat de mutatie kon worden vermenigvuldigd of proteïne kon creëren. Veel “bijna” -mutaties worden gecorrigeerd door DNA-monitoring-enzymen terwijl het DNA wordt gerepliceerd. Als deze mutatie een volgende ronde van DNA-replicatie overleeft, zullen de DNA-strengen scheiden en wordt de mutatie zijn eigen DNA-sjabloon. Alle cellen die daarna worden gemaakt cel zal ook de verwijderingsmutatie hebben.

3. Bekijk de volgende enkele DNA-streng:

5 CTAGTTGCAACT 3

Welke van het volgende zou een deletiemutatie zijn?
A. 5 CTAGTTTGCAACT 3
B. 5 CTAGTGCAACT 3
C. 5 ATCGTTGCAACT 3

Antwoord op vraag # 3

B is correct B is het enige antwoord waarin een nucleotide ontbreekt in de originele sequentie In antwoord A wordt een extra T in het midden van de sequentie ingevoegd. In antwoord C heeft het begin van de reeks een inversiemutatie ondergaan, waarbij een reeks volledig wordt geroteerd.